DE2226863A1

DE2226863A1 - Verfahren zur herstellung von durch einlagen von faserstrukturen verstaerkten metallwerkstoffen

Info

Publication number: DE2226863A1
Application number: DE19722226863
Authority: DE
Inventors: Max Kittendorf; Heinz Dipl Ing Scheuten
Original assignee: Felten and Guilleaume Kabelwerke GmbH
Current assignee: Felten and Guilleaume Kabelwerke GmbH
Priority date: 1972-06-02
Filing date: 1972-06-02
Publication date: 1973-12-20
Also published as: FR2186353A1; FR2186353B3; NL7307609A; GB1408347A; AT337516B; BE799861A; ATA183873A; CH576862A5; IT981905B

Description

Anmelder: Feiten & Gullleaume Kabelwerke Aktiengesellschaft 5 Köln 30 Sehanzenstraße

Fl K056 5 Köln-Mülheim, (Jen 29. Mai 1972

Bh/Zu ■ . ■

Verfahren zur Herstellung von durch Einlagen von Faserstrukturen verstärkten Metallwerkstoffen

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von durch Einlagen von Faserstrukturen verstärkten Metallwerkstoffen.

Es ist bekannt, daß herkömmliche Werkstoffe durch die Einlagerung von metallischen oder oxidischen oder karbidischen Fasern in ihren technologischen Eigenschaften wesentlich verbessert werden können. Ein Vorteil dieser Technologie ist der Umstand, daß relativ weiche und damit leicht zu verarbeitende Werkstoffe Eigenschaften annehmen, die üblicherweise nur auf schwer bearbeitbare Materialien zutreffen. Von ganz besonderem Interesse ist hierbei das Ge-

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biet der Leichtmetalle, deren durch ihr geringes spezifisches Gewicht angezeigtes weites Einsatzgebiet infolge ihrer technologischen Sigenschaften nach oben deutlich begrenzt ist. So muß beispielsweise in der Plugtechnik heute immer noch auf Konstruktionselemente aus Stahl oder andere hochfeste Werkstoffe mit hohem spezifischem Gewicht zurückgegriffen werden, obwohl aus Gewichtsgründen der Einsatz von Leichtmetallen gegeben wäre. Ähnliche Probleme liegen auf fast allen Gebieten der Maschinenkonstruktion, besonders im Fahrzeugbau für Strasse und Schiene, vor.

Die bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Werkstoffen lassen eine wirtschaftliche Fertigung des neuen Verbundv/erkstoffes für eine Massenproduktion nicht erkennen. Hierbei ist an die Verfahren des Helßpressens, des Plasmaspritzens und des Umgießens gedacht.

Es ist ferner bekannt, daß beispielsweise durch einen Zieh- bzw. Walzvorgang zwei oder mehr Metalle unter Berücksichtigung bestimmter Bedingungen fest miteinander verbunden werden können und als Endprodukt sogenannte Plattier- oder Bi-Metalle entstehen. Dieses trifft auch für unterschiedliche Legierungen eines Metalles oder auch für ein Metall unterschiedlicher physikalischer Zustände zu.

Alle diese genannten Verfahren sind infolge der erforderlichen und unumgänglichen Verfahrensschritte höchst aufwendig. Es war daher die Aufgabe, von diesem Stande der Technik ausgehend, ein Verfahren zur Herstellung von durch Einlagen von Faserstrukturen verstärkten Metallwerkstoffen zu schaffen, das die genannten Nachteile vermeidet und das vor allem technisch einfach und damit besonders für große Mengen wirtschaftlich ist.

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Es wurde nun gefunden, daß man erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung von durch Einlagen von Faserstrukturen verstärkten Metallwerkstoffen schaffen kann, wenn zunächst auf einem Werkstückteil eine Faserlage angeordnet, beides mechanisch fest miteinander' verbunden und sodann dieser Verbund gleichfalls mechanisch mit einem anderen Werkstückteil verbunden wird, oder das erste Werkstückteil wird mit der Faserlage und dem anderen Werkstückteil in einem Schritt miteinander mechanisch verbunden.

Dabei ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn die beiden Werkstückteile aus Metallen oder Legierungen, von'gleichem oder verschiedenem Material, gleichem oder verschiedenem Werkstoffzustand sind und gegebenenfalls Vertiefungen wie Riefen und Rillen, auch in wellenförmiger oder spiralförmiger Anordnung, verschiedenen Querschnitts wie rund, rechteckig, quadratisch, dreieckig oder oval enthalten, wobei gegebenenfalls in ihnen_> haftvermittelnde Elemente· wie chemische Haftvermittler oder Magnetvorrichtungen angeordnet sind.

Ferner ist es erfinderisch, wenn die Fasern metallisch oder oxidisch oder karbidisch oder polymer, beispielsweise Stahldraht, C-Faserri, B-Fasern, Silicatfasern oder Siliciümcarbidfasern sind.

Weiterhin ist es erfinderisch, wenn Faseroberflächen vorbehandelt, beispielsweise verkupfert, aluminisiert, vernickelt, versilbert und/oder einer haftvermittelnden, einer thermischen oder magnetischen Behandlung unterzogen sind.

Ferner ist es eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, wenn das mechanisch feste Verbinden zwischen den Werkstückteilen und der Faserlagen durch einen Walz- und Ziehprozess, durch Extrudieren oder durch einen Strangpreßprozess erfolgt.

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Zusätzlich ist es eine v/eitere Verbesserung der Erfindung, wenn vor dem mechanisch festen Verbinden V.^rerkstückteile und Faserlagen entoxidiert werden.

Abschließend gilt noch als erfinderisch, wenn sich nach den mechanisch festen Verbinden eine VJärmebehandlung mit oder ohne Schutzgas anschließt.

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Zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens v/ird beispielsweise ein Aluminiumblech mittels einer mechanischen Vorbearbeitung oder eines entsprechenden Profilwalzens mit Rillen versehen. In diese Rillen können bekannte Fasern aus metallischem, oxidischem oder karbidischem Material eingebracht v/erden. Unterwirft man dieses so vorbereitete Blech anschließend in ein- oder mehrmaligen Walzstichen einem Plattiervorgang zusammen mit einem Blech des gleichen Materials im gleichen oder unterschiedlichen Zustand oder einer Legierung des gleichen Metalls oder einem anderen Metall, so erhält man ein Endprodukt, dessen Eigenschaften je nach Anordnung der Fasern und nach der Eigenschaft der gewählten Faser von den technologischen Werten des Ausgangsmaterials oder des üblicherweise entstehenden Flattierwerkstoffes deutlich günstig abweicht. Dieser Effekt kann durch anschließende Wärmebehandlungen noch verstärkt und durch die Wahl einer bestimmten Wärmebehandlung auf gewünschte Werte eingestellt werden.

Natürlich läßt sich dieses erfindungsgemäße Verfahren bei bestimmten Faserwerkstoffen auch ohne das vorherige Anbringen von Rillen oder Riefen in einer Metallage mit glatten Blechen durchführen, wobei es bei bestimmten, zum Bruch neigenden Fasern von Vorteil ist, zwei Metallformate mit deutlich unterschiedlicher Härte einzusetzen.

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AIg Ergänzung kann ein auf oben beschriebene Weise hergestellter Verbundwerkstoff als ganzes dann wiederum auf der einen oder auf beiden Seiten weiterbehandelt werden, wodurch die Herstellung beliebig dicker Werkstücke möglich wird. Von besonderem Vorteil ist hierbei, daß die geometrische Anordnung der Pasern von Schicht zu Schicht verändert werden kann und damit die Beeinflussung der Werkstoff-Eigenschaften in bestimmten, vorher festgelegten Richtungen möglich ist.

Außerdem läßt sich das erfindungsge.mäi?e Verfahren zur Herstellung von faserverstärktem Walzmaterial ohne Schwierigkeiten sinngemäß auf Strangpreßerzeugnisse anwenden, wenn diese einem Ziehprozeß unterworfen werden. Ist dieser Ziehprozeß aus irgendwelchen Gründen nicht möglich, kann das gewünschte Format, sei es ein Rohr, oder Hohl- oder-Konstruktionsprofil, erfindungsgemäß analog auf einer Kabelmantelpresse ein- oder vielschichtig aufgebaut v/erden.

Damit ist erkennbar, daß~ das erfindungsgemäße Verfahren im Sinne einer Rationalisierung und damit Vereinfachung bekannter Verfahren einen wesentlichen Portschritt leistet.

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ORIGINAL JNSPECTED

Claims

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Z77SBB3

Patentansprüche:

Verfahren zur Herstellung von durch Einlagen von Faserstrukturen verstärkten Metallwerkstoffen, dadurch g e kennz'eiehnet, daß zunächst auf einem Werkstückteil eine Faserlage angeordnet, beides mechanisch fest miteinander verbunden und sodann dieser Verbund gleichfalls mechanisch mit einem anderen Werkstückteil verbunden wird, oder das erste Werkstückteil mit der Faserlage und dem anderen Ucrkstückteil in einem Schritt miteinander mechanisch verbunden wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Werkstückteile aus Metallen oder Legierungen, von gleichem oder verschiedenem Material, gleichem oder verschiedenem Werkstoffzustand sind und gegebenenfalls Vertiefungen wie Riefen und Rillen, auch in wellenförmiger oder spiralförmiger Anordnung, verschiedenen Querschnitts wie rund, rechteckig, quadratisch, dreieckig oder oval enthalten, wobei gegebenenfalls in ihnen haftvermittelnde Elemente wie chemische Haftvermittler oder Magnetvorrichtungen angeordnet sind.

Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dai3 die Fasern metallisch oder oxidisch oder karbidiacli oder polymer, beispielsweise Stahldraht, C-Fasern, B-Fasern, Silicatfasern oder Siliciumcarbidfasern sind.

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4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Faseroberflächen vorbehandelt, beispielsweise verkupfert, aluminisiert, vernickelt, versilbert und/oder einer haftvermittelnden, einer thermischen oder magnetischen Behandlung unterzogen sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanisch feste Verbinden zwischen den Werkstückteilen und der Faserlagen durch einen

_s Walz- und Ziehprozess, durch Extrudieren oder durch einen Strangpreßprozess erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß vor dem mechanisch festen Verbinden Werkstückteile und Faserlagen entoxidiert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis c, dadurch gekennzeichnet, daß sich nach dem mechanisch festen Verbinden eine Wärmebehandlung mit oder ohne Schutzgas anschließt.

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